DE729903C - Verdampferkondensator - Google Patents

Description

• Verdampferkondensator Bei den in der Rektifikationstechnik verwendeten Verdampferkondensatoren, in deren einer Seite ein höhensiedendes Zerlegungsprodukt verdampft wird, während auf der anderen Seite ein tiefersiedendes Zerlegungsprodukt unter etwas höherem Druck verflüssigt wird, sind zwei grundsätzliche Anordnungen möglich: Entweder befindet sich die höhensiedende Flüssigkeit außerhalb der den Verdampferkondensator bildenden Rohrschlangen, und die Kondensation. des Liefersiedenden Stoffes erfolgt innerhalb der Rohre; oder die Anordnung ist .umgekehrt, so daß sich die zu verdampfende Flüssigkeit innerhalb der Rohre befindet, und die Kondensation des Tiefersiedenden erfolgt dann an den Außenwandungen der Rohre. Diese letzte Anordnung hat den Vorteil, daß für die Kälteübertragung auf das zu kondensierende Gas die größere Außenfläche der Rohre statt der kleineren Innenfläche mit dem engen Innenraum zur Verfügung steht. Hierdurch wird die Abkühlung des Gases infolge des dünnen Flüssigkeitsfilmes sowie das Abfließen des Kondensates nach unten und somit die Kondensation selber erleichtert, weshalb der Kondensationsdruck herabgesetzt werden kann. Dadurch wird wiederum an Verdichtungsarbeit für das Gas gespart. Für diese zweite Kondensatoranordnung hat sich in Fachkreisen die Bezeichnung »umgekehrter Kondensator« eingeführt, die der Einfachheit halber hier beibehalten «erden soll.
• Wenn die Kondensatorrohre mit der höhensiedenden Flüssigkeit angefüllt sind, statt von ihr umspült zu werden, wird diese weniger leicht umgewälzt; sie stagniert gewissermaßen in jedem Röhrchen; in jedem Röhrchen besteht dann ein Meniskus, an dem und unter dem eine stetige partielle Verdampfung vor sich geht. Sind in der Flüssigkeit explosible Beimengungen enthalten (z. B. C.H. in O2), dann neigen diese dazu, sich in den Röhrchen anzureichern, und lassen sich nur schwer fortspülen; da der Flüssigkeitsvorrat an und für sich im umgekehrten Kondensator verhältnismäßig klein ist, ist ein kräftiges Durchspülen der Verdampferrohre nicht ohne weiteres möglich. Die Explosionsgefahr kann daher beim umgekehrten Kondensator erheblich größer sein als bei den normalen Kondensatoren.
• Es ist bereits bekannt (siehe deutsche Patentschrift 6a4 g66), bei den umgekehrten Kondensatoren entweder einen künstlichen Flüssigkeitsumlauf über ein außenliegendes Rohr herbeizuführen, um zu erzwingen, daß die Kondensatorrohre ständig von der Flüssigkeit von unten her durchspült werden, oder die Flüssigkeit von oben her ständig in solcher :Menge aufzugeben, daß eine vollständige Verdampfung der Flüssigkeit beim Durch-. lauf durch die Rohre erfolgt. Beide Maßnahmen befriedigen nicht restlos, denn der Umlauf erfolgt dabei in dem Verdampfer von unten nach oben, wobei die explosiblen Beimengungen nicht fortgespült werden, oder, wie bei dem zweiten Fall, die Leistung des Kondensators ist auf so enge Grenzen beschränkt, daß er keine Belastungsschwankungen aufzunehmen vermag.
• Gegenstand der Erfindung ist eine solche Konstruktionsanordnung von umgekehrten Kondensatoren, daß einerseits eine ständige und rasche Durchspülung der Rohre erfolgt, so daß alle explosiblen Beimengungen aus den Rohren herausgespült 3ver den, und daß andererseits nötigenfalls eine weitgehende Belastungsänderung des Kondensators vorgenommen werden kann, ohne daß die Durchspülung der Rohre darunter leidet.
• Die Erfindung besteht darin, daß der umgekehrte Kondensator mit einem zentralen Überlaufrohr versehen wird, welches eine offene Gasverbindung zwischen oberem und unterem Rohrboden herstellt. Dies hat zur Folge, daß die in den Rohren durch die Verdampfung entstehenden Gasblasen wenigstens zu einem großen Teil mit der Flüssigkeit nach unten wandern und anschließend durch das zentrale Rohr nach oben entweichen können. Eine Stagnation der Flüssigkeit in den Rohren unter Anreicherung explosibler Ausscheidungen wird dadurch weitgehend vermieden. Die Höhe des Überlaufrohres sichert gleichbleibende Stauhöhe und somit eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit; andererseits läßt das Überlaufrohr auch die Möglichkeit offen, durch das zentrale Rohr größere Flüssigkeitsmengen nach unten zu leiten, z. B. um den Unterteil des Kondensators auszuspülen. Eine weitere Verbesserung erfährt die Erfindung durch eine konische oder trichterförrnigz Ausbildung des oberen Rohrbodens. Hierdurch wird erreicht, daß bei geringerer Belastung des Verdampfers nur so viele Verdampferrohre von der Flüssigkeit durchflossen werden, als voll beaufschlagt werden können. Mit sinkender Stauhöhe auf dem oberen Boden erhalten diejenigen Rohröffnungen, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegen, keinen Zufluß mehr an Flüssigkeit. In den übrigen dagegen bleibt die Strömung aufrechterhalten. Dies ist für die Durchspülung der Rohre günstiger, als wenn durch sämtliche Rohre nur wenig Flüssigkeit unter geringer Stauhöhe durchsickert. Es ist natürlich auch denkbar, das erfindungsgemäße Ausgleichsrohr statt zentral exzentrisch, z. B. außerhalb des Kondensators, anzuordnen, ohne daß die beabsichtigte Wirkung darunter leidet. Die zentrale Anordnung ist jedoch aus konstruktiven Gründen ',besonders günstig, da das Rohr dann gleichzeitig als Kern der Rohrwicklungen dienen kann.
• Durch die verschiedenen Maßnahmen nach der Erfindung wird erreicht, daß eventuelle explosible Beimengungen mit der Flüssigkeit nach unten gespült werden. In vielen Fällen wird sich also im unteren Teil des Verdampfers eine mit den störenden Beimengungen angereicherte Flüssigkeit ansammeln. Es ist wichtig, diese Flüssigkeit sofort unschädlich zu machen. Zu diesem Zwecke wird sie zweckmäßig durch ein glattes, stetig abfallendes Rohr nach außen geführt und dort einer raschen Totalverdämpfung unterzogen. Die Beimengungen sind nämlich nur in der flüssigen Phase gefährlich, weil sie sich in derselben fest ausscheiden und ansammeln können. Wenn alles verdampft ist, liegen die Beimengungen weit unter der Explosionsgrenze.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Abbildungen erläutert.
• Abb. i stellt einen Verdampferkondensator nach der Erfindung dar. Die Kondensatorröhrchen i sind geradlinig gezeichnet, jedoch wird ein solcher Kondensator zweckmäßig als Kreuzstromkondensator ausgeführt. Im mittleren Teil des Kondensators befindet sich der Raum für das Tiefersie@dende, z. B. Stickstoff, welches sich an der Oberfläche der Kondensatorröhrchen verflüssigt. Das flüssige Höhersiedende tritt von oben durch Zuleitung 2 ein und sammelt sich oberhalb des Rohrbodens 3 an, durchströmt die Kondensatorrohre i. in denen es ganz oder teilweise verdampft wird, wobei die Hauptmenge des entstehenden Dampfes nach unten mitgenommen wird und durch das erfindungsgemäße zentrale Ausgleichsrohr .I nach oben zurücktreten kann. Das verdampfte Höhersiedende wird dann durch das Rohr 5 entnommen. Die maximale Stauhöhe des flüssigen Höhersiedenden auf dem Rohrboden 3 ist bestimmt durch die Länge des Überlaufrohres 6, welches den oberen Teil des zentralen Ausgleichsrohres .f bildet. Eventuell unter dem unteren Rohrboden 7 sich ansammelnde nicht verdampfte Flüssigkeit des Höhersiedenden, «-elche möglicherweise eine Anreicherung an explosiblen Beimengungen enthält, kann durch das Rohr8 entnommen .werden und wird dann einer Totalverdampfung zugeführt, «-elche im nächsten Beispiel näher erläutert ist.
• Abb. J zeigt einen erfindungsgemäßen Verdampferkondensator, welcher zwischen die Druck- und die Obersäule eines Zweisäulenrektifizierapparates, z. B. für Luftzerlegung, eingebaut ist. Auch hier ist der Kondensator mit senkrechten Rohren gezeichnet, der aber in der Praxis zweckmäßigerweise als Kreuzstromkonden.sator ausgeführt wird. Der in dem Sammelgefäß 9 der Obersäule sich ansammelnde flüssige Sauerstoff, dessen maximale Stauhöhe wiederum -,durch das Cberlaufrohr 6 des zentralen Verbindungsrohres .4 bestimmt ist, befindet sich oberhalb eines konisch ausgebildeten Rohrbodens io. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel des Sauerstoffes erheblich, so liegen die oberen Öffnungen der mittleren Kondensatorrohre frei; diese Kondensatorrohre können also nicht mehr vom flüssigen Sauerstoff durchströmt werden. Dafür befindet sich aber oberhalb der weiter außen liegenden Kondensatorrohre noch e_ ine genügend hohe Flüssigkeitsschicht, um die Flüssigkeitsströmung in den äußeren Kondensatorrohren aufrechtzuerhalten. Der verdampfte Sauerstoff tritt durch -das zentrale Verbindungsrohr d. in die Obersäule zurück. Der außerhalb der Kondensatorrohre i verflüssigte Stickstoff sammelt sich in der Rinne i i und wird zum Teil durch Ventil 12 zur Berieselung der Drucksäule und zum anderen Teil durch Ventil 13 zur Berieselung der Obersäule abgeleitet. An den unteren Rohrboden 1.4 des Kondensators schließt sich die Flüssigkeitsblase 15 an mit einem Ablaufrohr 16 für den nicht verdampften Teil des Sauerstoffes, welcher explosible Beimengungen in angereicherter Form enthalten kann. Dieser Sauerstoff tritt in das z. B. mit atmosphärischer Luft beheizte Gefäß 17 ein, in dem eine weitere Verdampfung erfolgt. Der Rest tritt durch das glatte, düsenartige Röhrchen iä in die Totalverdampfungsblase i9, welche z. B. mit warmem Wasser beheizt wird. Jeder in diese Blase eintretende Flüssigkeitstropfen wird einer verzögerungsfreien Totalverdampfung zugeführt. Die Regelung des Flüssigkeitsablaufes aus der Blase 15 in das Gefäß 17 erfolgt zweckmäßig lediglich auf der Gasseite durch die Ventile i9 und 2o. Der verdampfte Sauerstoff, der nunmehr trotz der explosiblen Beimengungen ungefährlich, aber nicht für eine Wiederverflüssigung geeignet ist, wird durch Leitung 21 gasförmig entnommen. Falls dem Zerlegungsapparat flüssiger Sauerstoff entnommen werden soll, so kann dies, falls er acetylenfrei ist, aus dem Sammelgefäß 9, z. B. durch Leitung 22, erfolgen. Andernfalls ist es besser, den Sauerstoff z. B. durch Anschluß 23 gasförmig zu entnehmen und wieder zu verflüssigen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verdampferkondensator für Destillations- oder Rektifikationsanlagen, bei dem das Höhersiedende innerhalb der Rohre verdampft, während das Tiefersiedende an den Außenflächen der Rohre kondensiert, dadurch gekennzeichnet, @daß das Rohrbündel ein vorzugsweise zentrales, den oberen Rohrboden Überragendes, .Überlaufrohr hat, durch welches das Gas nach oben, und überschüssige Flüssigkeit nach unten abgeleitet wird.
2. 2. Verdampferkondensator für Destillations- oder Rektifikationsanlagen, bei dem das Höhersiedende innerhalb der Rohre verdampft, während das Tiefersiedende an den Außenflächen der Rohre kondensiert, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rohrboden mindestens zum Teil konisch oder trichterförmig ausgebildet ist.
3. 3. Verdampferkondensator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angereicherte Höhersiedende, welches sich im Unterteil des Verdampfers ansammelt, in einen Totalverdampfer abgeleitet wird.